[發明專利]實現圖像卷積的編碼型閃存系統及工作方法

有效

• 申請號: 201710024111.X
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106846239B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 康晉鋒;黃鵬;韓潤澤;劉曉彥;劉力鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06T1/60
• 分類號: G06T1/60;G11C16/04;G11C16/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明提供了一種實現圖像卷積的編碼型閃存系統，用于對輸入圖像進行卷積處理，包括：輸入模塊、編碼型閃存陣列、控制器、字線控制單元、位線控制單元和輸出模塊。此外，本發明還提供了一種實現圖像卷積的編碼型閃存系統的工作方法，將輸入圖像矩陣的像素點轉化成編碼型閃存陣列的輸入電壓，與卷積核進行卷積處理，整合各編碼型閃存輸出的電流值，得到卷積后的輸出圖像。本發明采用硬件結構實現了卷積的高效、并行計算，同時還實現了存儲計算的一體化。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路及其制造技術領域，具體涉及一種實現圖像卷積的編碼型閃存系統(NOR Flash)及工作方法。

背景技術

卷積運算作為一種線性運算，在信號和系統方面占據非常重要的地位，在圖像濾波以及特征提取中更是得到了廣泛的應用。卷積運算實際上是一種加權求和的過程，為了在硬件上更快地進行卷積運算，人們提出了垂直交叉陣列結構。垂直交叉陣列結構不僅具有制作簡單，成本低，集成密度大，易于三維集成等優點，同時其獨特的結構還適用于進行并行計算。但是垂直交叉陣列結構目前主要是基于存儲器(如阻變存儲器，相變存儲器等)來構建的，而這些存儲器如阻變存儲器中還高低阻電壓漲落過大等問題，距離實際生產應用尚存在一定的距離。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種實現圖像卷積的編碼型閃存系統及工作方法，以解決上述的至少一項技術問題。

(二)技術方案

本發明提供了一種實現圖像卷積的編碼型閃存系統，用于對輸入圖像進行卷積處理，包括：

輸入模塊、編碼型閃存陣列、控制器、字線控制單元、位線控制單元和輸出模塊；其中，

所述輸入模塊，用于將輸入圖像輸出至所述編碼型閃存陣列；

所述編碼型閃存陣列，用于對輸入圖像的m×m輸入圖像矩陣和K個n×n卷積核進行卷積的計算，所述K為正整數，m、n為整數，且m大于n；

所述字線控制單元與控制器和字線相連，用于控制字線；

所述位線控制單元與控制器和位線相連，用于控制位線；

所述輸出模塊，用于處理卷積處理后的結果，并輸出卷積處理后的圖像；

所述控制器，用于控制字線控制單元、位線控制單元和輸出模塊，將卷積核輸出至編碼型閃存陣列：將所述K個n×n卷積核旋轉180°，其中n為整數，K為正整數；控制字線控制單元和位線控制單元將輸入圖像對應的輸入電壓通過位線輸入到編碼型閃存陣列中，與旋轉后的卷積核進行卷積處理，得到各編碼型閃存的電流值并整合；控制編碼型閃存陣列中字線輸出的整合后的電流經過輸出模塊中運算放大器的處理，得到輸出圖像矩陣(m-n+1)×(m-n+1)，并將所述圖像矩陣轉化成輸出圖像。

優選地，所述編碼型閃存陣列包含：

陣列放置的2Km²(m-n+1)²個編碼型閃存；

m²條沿第一方向延伸的位線，用于連接各編碼型閃存的漏端，以及施加輸入電壓；

2K(m-n+1)²條沿與第一方向垂直的第二方向延伸的字線，用于連接各編碼型閃存的柵端，以及連接輸出模塊；

2K(m-n+1)²條沿第一方向延伸的引線，用于連接各編碼型閃存的源端，以及輸入驅動電壓。

優選地，所述編碼型閃存為半浮柵晶體管或者電荷捕獲閃存。

優選地，所述卷積核為一階梯度算子，所述一階梯度算子可以為羅伯特(Roberts)算子和普利威特(Prewitt)算子。